螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備的設計

連香姣，竇蘊平，山 崢，錢立運

（北京建筑大學，北京 100044）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，城市人口迅速增加，城市生活垃圾產生量也大幅度增加。為貫徹 《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》，提高城市生活垃圾的減量化、資源化、無害化的管理水平，近年來北京市政府大力倡導生活垃圾分類收集、分類處理，大部分小區配置了分類的垃圾桶，工人將可回收的垃圾運送至廢品回收站，將不可回收的垃圾運至小區的垃圾中轉站，再由中轉站工人裝入集裝箱，由卡車運送至垃圾填埋場或垃圾處理廠。這種人工收集和運送垃圾的過程主要存在以下問題：收集垃圾時的氣味、灑漏等對周圍環境造成嚴重污染；垃圾未經壓縮，一輛5 噸重的卡車往往只能運送2 噸重的垃圾，造成集裝箱運力浪費極其嚴重；再者，吊裝設備無法與新型后裝式垃圾壓縮車接軌，后裝式垃圾壓縮車的作用得不到充分的發揮。本文所設計的新型螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備可以克服以上缺點，能自動投入，螺旋攪拌、自動壓縮、密封儲存，自動將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車中，再經過二次壓縮，達到增加運量，減少運輸次數，節約運輸能耗的目的。

1 螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備的結構組成及工作原理

如圖1 所示，螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備主要由四部分組成：垃圾提升系統、投入門系統、壓縮系統、排出系統。

（1）垃圾提升系統：采用斗式提升系統，由電機減速機一體機1 經過聯軸器2 帶動長軸轉動，長軸上裝有兩個鋼絲繩輪4 和兩個滾動軸承及軸承座3，繩輪帶動鋼絲提升垃圾斗，電機正轉，垃圾都上升，電機反轉，垃圾斗下降。斗上裝有四個導向輪5，分別沿左右兩端的導軌6 行走，導軌裝在提升系統的支架12 上，支架由型鋼通過螺栓連接在一起。

（2）投入門系統：投入門系統13 安裝在箱體的最左端，使提升斗里的垃圾可以直接倒入箱體的最左端，投入門系統采用直線電機帶動投入門作直線運動。當垃圾斗提升到指定的高度后，會碰到安裝在提升系統導軌上的行程開關，使投入門系統的電機通電，帶動投入門直線移動，實現開啟或關閉，為了控制投入門的開啟程度，投入門系統的導軌上也安裝有兩個行程開關。整個投入門系統都通過型鋼支架與箱體連接在一起。

（3）壓縮系統：垃圾壓縮系統，采用電機減速機一體機11 驅動，通過安裝在電機減速機輸出軸上的小鏈輪10，經鏈條9 帶動大鏈輪8 旋轉，從而驅動螺旋軸7 旋轉，再通過焊接螺旋軸上的螺旋葉片19 壓縮垃圾，并可以破開垃圾塑料袋，切割垃圾，使壓縮比增大。

（4） 排出系統：當安裝在投入門框上的光電傳感器檢測到垃圾滿位后，可以顯示垃圾滿位的信息。當后裝式垃圾壓縮設備到位后，可以通過啟動排出系統的液壓缸，帶動排出系統的轉軸16 旋轉，從而控制排出門17的開啟和關閉，再啟動壓縮系統的電機11，帶動螺旋軸7 的旋轉，通過螺旋葉片將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車中，接盤的作用是防止排出垃圾時灑落到地面。

圖1 螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備結構組成原理圖Fig.1 Mechanical structure and working principle of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

2 螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備的三維Pro/E 設計

按照傳統的方法完成了提升系統、開門系統、壓縮系統和排出系統的電機、減速器、聯軸器、軸承、軸承座、軸、螺旋葉片等主要零部件的設計與選型之后，需要繪制出零部件圖及裝配圖。如果采用CAD 繪圖軟件，只能繪制出二維圖，不夠直觀，也不能進行仿真。本文采用Pro/E 三維設計軟件，運用草繪、零件和組件三種模塊，先按參數繪制出各零部件的毛坯，再按機加工順序創建零件的特征生成三維圖，然后按照實際裝配順序將各零部件組裝起來，很直觀地體現了零部件的外形尺寸和總體裝配關系。Pro/E 三維實體圖可以轉化為二維CAD 圖，從而得到各零部件的二維圖紙和裝配圖紙，用于機加工。運用Pro/E 中的仿真模塊可以實現四個系統的運動仿真，直觀地看到垃圾提升、投入門開啟、垃圾倒入箱體、螺旋軸旋轉、垃圾壓縮、垃圾排出的整個過程，證明所設計的零部件之間沒有干涉現象，驗證了設計的合理性。螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備的三維實體圖如圖2 所示。

3 螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備的控制系統設計

為了實現自動提升、自動開門、自動壓縮、垃圾車來后自動排出等功能和動作，本設備采用可編程控制器（PLC） 來控制，共采用了三個電機，一個液壓缸作為執行元件，還采用了四個行程開關，其輸入輸出節點見表1。各動作的順序框圖如圖3 所示，自動時，只要接通“自動按鈕”即可自動實現垃圾提升、開投入門、關投入門、螺旋壓縮動作。手動時，接通“手動按鈕”，可以分別按下“升斗”、“開投入門”、“降斗”、“關投入門”、“螺旋壓縮”、“開排出門”、“推排出鏟”按鈕，可以分別實現各項動作。當垃圾滿位時，可以顯示“垃圾滿位”的字樣，當后裝式垃圾壓縮車到位后，就可以啟動手動按鈕，將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車中。

圖2 螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備的三維Pro-E 圖Fig.2 The Pro-E design of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

表1輸入輸出信號節點分配表Tab.1Theinputandoutputsignalrode allocationtable

4 結論

與傳統的集裝箱收集垃圾相比，這種新型封閉式垃圾壓縮儲存設備不僅能自動提升垃圾、螺旋攪拌、自動壓縮、密封儲存、自動將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車中，而且操作簡便、外形美觀；不僅能與新型后裝式垃圾壓縮車接軌，還適合在北京市現有垃圾樓或新小區中放置；不僅節省了大量的人力、財力和土地資源，還美化了城市環境，一定會受到廣泛的應用。

圖3 螺旋轉軸式垃圾壓縮儲存設備控制流程圖Fig.3 The PLC controlling flow chart of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

[1] 竇蘊平，連香姣，張軍.城市生活垃圾分類計量和分類儲存設備的研究[J].機電產品開發與創新，2012，3.